届高三高考数学一轮复习讲义全套打包下载可编辑第9章 直线与圆.docx
《届高三高考数学一轮复习讲义全套打包下载可编辑第9章 直线与圆.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《届高三高考数学一轮复习讲义全套打包下载可编辑第9章 直线与圆.docx(39页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
届高三高考数学一轮复习讲义全套打包下载可编辑第9章直线与圆
第9章 平面解析几何
第1讲 直线的倾斜角、斜率与直线的方程
[考纲解读] 1.理解直线的倾斜角和斜率的概念,掌握过两点的直线斜率的计算公式,并能根据两条直线的斜率判断这两条直线的平行或垂直关系.(重点)
2.掌握直线方程的几种形式(点斜式、两点式及一般式等),并了解斜截式与一次函数的关系.(难点)
[考向预测] 从近三年高考情况来看,本讲是命题的热点,但很少独立命题.预测2020年高考对本讲内容的考查:
①考查直线倾斜角与斜率的关系、斜率公式;②直线平行与垂直的判定或应用,求直线的方程.试题常以客观题形式考查,难度不大.
1.直线的斜率
(1)当α≠90°时,tanα表示直线l的斜率,用k表示,即k=tanα.当α=90°时,直线l的斜率k不存在.
(2)斜率公式
给定两点P1(x1,y1),P2(x2,y2)(x1≠x2),经过P1,P2两点的直线的斜率公式为k=.
2.直线方程的五种形式
1.概念辨析
(1)直线的斜率为tanα,则其倾斜角为α.( )
(2)斜率相等的两直线的倾斜角不一定相等.( )
(3)经过点P(x0,y0)的直线都可以用方程y-y0=k(x-x0)表示.( )
(4)经过任意两个不同的点P1(x1,y1),P2(x2,y2)的直线都可以用方程(y-y1)(x2-x1)=(x-x1)(y2-y1)表示.( )
答案
(1)×
(2)× (3)× (4)√
2.小题热身
(1)已知直线l过点(0,0)和(3,1),则直线l的斜率为( )
A.3B.
C.-D.-3
答案 B
解析 直线l的斜率为k==.
(2)在平面直角坐标系中,直线x+y-3=0的倾斜角是( )
A.B.
C.D.
答案 D
解析 直线x+y-3=0的斜率为-,所以倾斜角为.
(3)已知直线l经过点P(-2,5),且斜率为-,则直线l的方程为( )
A.3x+4y-14=0B.3x-4y+14=0
C.4x+3y-14=0D.4x-3y+14=0
答案 A
解析 由题意得直线l的点斜式方程为y-5=-[x-(-2)],整理得3x+4y-14=0.
(4)已知直线l的斜率为k(k≠0),它在x轴,y轴上的截距分别为k,2k,则直线l的方程为( )
A.2x-y-4=0B.2x-y+4=0
C.2x+y-4=0D.2x+y+4=0
答案 D
解析 由题意得,直线l的截距式方程为+=1,又因为直线l过(k,0),(0,2k)两点,所以=k,解得k=-2,所以直线l的方程为+=1,即2x+y+4=0.
题型 直线的倾斜角与斜率
1.直线xsinα+y+2=0的倾斜角的范围是( )
A.[0,π)B.∪
C.D.∪
答案 B
解析 设直线的倾斜角为θ,则有tanθ=-sinα,又sinα∈[-1,1],θ∈[0,π),所以0≤θ≤或≤θ<π.
2.(2018·安阳模拟)若平面内三点A(1,-a),B(2,a2),C(3,a3)共线,则a=( )
A.1±或0B.或0
C.D.或0
答案 A
解析 若A,B,C三点共线,则有kAB=kAC,即=,
整理得a(a2-2a-1)=0,解得a=0或a=1±.
3.直线l过点P(1,0),且与以A(2,1),B(0,)为端点的线段有公共点,则直线l斜率的取值范围为________.
答案 (-∞,-]∪[1,+∞)
解析 如图,∵kAP==1,
kBP==-,
∴k∈(-∞,-]∪[1,+∞).
1.直线的倾斜角与其斜率的关系
斜率k
k=tanα>0
k=0
k=tanα<0
不存在
倾斜角α
锐角
0°
钝角
90°
2.倾斜角变化时斜率的变化规律
根据正切函数k=tanα的单调性,如图所示:
(1)当α取值在内,由0增大到时,k由0增大并趋向于正无穷大;
(2)当α取值在内,由增大到π(α≠π)时,k由负无穷大增大并趋近于0.
3.三点共线问题
若已知三个点中的两个坐标,可以先通过这两个已知点求出直线方程,然后将第三个点代入求解;也可利用斜率相等或向量共线的条件解决.
1.设直线l的倾斜角为α,且≤α≤,则直线l的斜率k的取值范围是________.
答案 ∪[1,+∞)
解析 当≤α<时,k=tanα∈[1,+∞);当<α≤时,k=tanα∈,
所以斜率k的取值范围是∪[1,+∞).
2.(2018·广州质检)若直线l与直线y=1,x=7分别交于点P,Q,且线段PQ的中点坐标为(1,-1),则直线l的斜率为( )
A.B.-
C.-D.
答案 B
解析 依题意,设点P(a,1),Q(7,b),则有
解得
从而可知直线l的斜率为=-.
题型 直线方程的求法
1.已知三角形的三个顶点A(-5,0),B(3,-3),C(0,2),则BC边上中线所在的直线方程为________.
答案 x+13y+5=0
解析 BC的中点坐标为,∴BC边上中线所在直线方程为=,即x+13y+5=0.
2.
(1)求过点A(1,3),斜率是直线y=-4x的斜率的的直线方程;
(2)求经过点A(-5,2),且在x轴上的截距等于在y轴上的截距的2倍的直线方程.
解
(1)设所求直线的斜率为k,
依题意k=-4×=-.
又直线经过点A(1,3),
因此所求直线方程为y-3=-(x-1),
即4x+3y-13=0.
(2)当直线不过原点时,设所求直线方程为+=1,将(-5,2)代入所设方程,解得a=-,所以直线方程为x+2y+1=0;当直线过原点时,设直线方程为y=kx,则-5k=2,解得k=-,所以直线方程为y=-x,即2x+5y=0.
故所求直线方程为2x+5y=0或x+2y+1=0.
条件探究 把举例说明2
(1)中所求直线绕点A(1,3),顺时针旋转45°,求所得直线的方程.
解 设举例说明2
(1)中所求直线的倾斜角为α,
则由举例说明2
(1)解析知tanα=-,
所以90°<α<180°,
此直线绕点A(1,3)顺时针旋转45°,所得直线的倾斜角为α-45°,
斜率k′=tan(α-45°)===7,
点斜式方程为y-3=7(x-1),
整理得7x-y-4=0.
给定条件求直线方程的思路
(1)求直线方程常用的两种方法
①直接法:
根据已知条件,直接写出直线的方程,如举例说明2
(1)求直线方程,则直接利用斜截式即可.
②待定系数法:
即设定含有参数的直线方程,结合条件列出方程(组),求出参数,再代入直线方程即可.必要时要注意分类讨论,如举例说明2
(2)中不要忽略过原点的情况,否则会造成漏解.
(2)设直线方程的常用技巧
①已知直线纵截距b时,常设其方程为y=kx+b.
②已知直线横截距a时,常设其方程为x=my+a.
③已知直线过点(x0,y0),且k存在时,常设y-y0=k(x-x0).
1.在等腰三角形AOB中,AO=AB,点O(0,0),A(1,3),点B在x轴的正半轴上,则直线AB的方程为( )
A.y-1=3(x-3)B.y-1=-3(x-3)
C.y-3=3(x-1)D.y-3=-3(x-1)
答案 D
解析 因为AO=AB,所以直线AB的斜率与直线AO的斜率互为相反数,所以kAB=-kOA=-3,所以直线AB的点斜式方程为y-3=-3(x-1).故选D.
2.已知直线l与两坐标轴围成的三角形的面积为3,分别求满足下列条件的直线l的方程:
(1)过定点A(-3,4);
(2)斜率为.
解
(1)由题意知,直线l存在斜率.
设直线l的方程为y=k(x+3)+4,
它在x轴、y轴上的截距分别为--3,3k+4,
由已知,得(3k+4)=±6,
解得k1=-或k2=-.
故直线l的方程为2x+3y-6=0或8x+3y+12=0.
(2)设直线l在y轴上的截距为b,则直线l的方程是y=x+b,则它在x轴上的截距是-6b,
由已知,得|-6b·b|=6,∴b=±1.
∴直线l的方程为x-6y+6=0或x-6y-6=0.
题型 直线方程的综合应用
角度1 由直线方程求参数问题
1.若直线x-2y+b=0与两坐标轴所围成的三角形的面积不大于1,那么b的取值范围是( )
A.[-2,2]B.(-∞,-2]∪[2,+∞)
C.[-2,0)∪(0,2]D.(-∞,+∞)
答案 C
解析 令x=0,得y=,令y=0,得x=-b,所以所求三角形面积为|-b|=b2,且b≠0,因为b2≤1,所以b2≤4,所以b的取值范围是[-2,0)∪(0,2].
角度2 与直线方程有关的最值问题
2.已知直线l:
kx-y+1+2k=0(k∈R).
(1)证明:
直线l过定点;
(2)若直线不经过第四象限,求k的取值范围;
(3)若直线l交x轴负半轴于A,交y轴正半轴于B,△AOB的面积为S(O为坐标原点),求S的最小值并求此时直线l的方程.
解
(1)证明:
直线l的方程可化为k(x+2)+(1-y)=0,
令解得
∴无论k取何值,直线总经过定点(-2,1).
(2)由方程知,当k≠0时,直线在x轴上的截距为-,在y轴上的截距为1+2k,要使直线不经过第四象限,则必须有解得k>0;当k=0时,直线为y=1,符合题意,故k的取值范围为[0,+∞).
(3)由题意可知k≠0,再由l的方程,
得A,B(0,1+2k).
依题意得解得k>0.
∵S=·|OA|·|OB|=··|1+2k|
=·=
≥×(2×2+4)=4,
“=”成立的条件是k>0且4k=,即k=,
∴Smin=4,此时直线l的方程为x-2y+4=0.
与直线方程有关问题的常见类型及解题策略
(1)求解与直线方程有关的最值问题,先设出直线方程,建立目标函数,再利用基本不等式求解最值或用函数的单调性解决.
(2)求参数值或范围.注意点在直线上,则点的坐标适合直线的方程,再结合函数的单调性或基本不等式求解.
1.若方程(2m2+m-3)x+(m2-m)y-4m+1=0表示一条直线,则参数m满足的条件是( )
A.m≠-B.m≠0
C.m≠0且m≠1D.m≠1
答案 D
解析 由解得m=1,故m≠1时方程表示一条直线.
2.过点P(4,1)作直线l分别交x轴、y轴正半轴于A,B两点,O为坐标原点.
(1)当△AOB面积最小时,求直线l的方程;
(2)当|OA|+|OB|取最小值时,求直线l的方程.
解 设直线l:
+=1(a>0,b>0),
因为直线l经过点P(4,1),所以+=1.
(1)+=1≥2=,所以ab≥16,
当且仅当a=8,b=2时等号成立,
所以当a=8,b=2时,△AOB的面积最小,
此时直线l的方程为+=1,即x+4y-8=0.
(2)因为+=1,a>0,b>0,
所以|OA|+|OB|=a+b=(a+b)·=5++≥5+2=9,当且仅当a=6,b=3时等号成立,所以当|OA|+|OB|取最小值时,直线l的方程为+=1,即x+2y-6=0.
第2讲 两条直线的位置关系
[考纲解读] 1.能用方程组的方法求出两条直线的交点坐标,根据两条直线的斜率能判断两条直线的平行或垂直.(重点)
2.能够利用两点间距离公式、点到直线的距离公式解决相关的数学问题.(难点)
[考向预测] 从近三年高考情况来看,本讲内容很少独立命题.预测2020年高考会与其他知识结合考查两直线的位置关系,求直线方程(如与导数、圆锥曲线结合)、面积等问题.题型为客观题,试题难度一般不大,属中档题型.
1.两直线的平行、垂直与其斜率的关系
2.三种距离
3.常用的直线系方程
(1)与直线Ax+By+C=0平行的直线系方程是Ax+By+m=0(m∈R且m≠C).
(2)与直线Ax+By+C=0垂直的直线系方程是Bx-Ay+m=0(m∈R).
(3)过直线l1:
A1x+B1y+C1=0与l2:
A2x+B2y+C2=0的交点的直线系方程为A1x+B1y+C1+λ(A2x+B2y+C2)=0(λ∈R),但不包括l2.
1.概念辨析
(1)当直线l1和l2斜率都存在时,一定有k1=k2⇒l1∥l2.( )
(2)如果两条直线l1与l2垂直,则它们的斜率之积一定等于-1.( )
(3)若两直线的方程组成的方程组有唯一解,则两直线相交.( )
(4)已知直线l1:
A1x+B1y+C1=0,l2:
A2x+B2y+C2=0(A1,B1,C1,A2,B2,C2为常数),若直线l1⊥l2,则A1A2+B1B2=0.( )
答案
(1)×
(2)× (3)√ (4)√
2.小题热身
(1)若直线mx+2y+m=0与直线3mx+(m-1)y+7=0平行,则m的值为( )
A.7B.0或7
C.0D.4
答案 B
解析 ∵直线mx+2y+m=0与直线3mx+(m-1)y+7=0平行,∴m(m-1)=3m×2,∴m=0或7,经检验,都符合题意.故选B.
(2)过点(1,0)且与直线x-2y-2=0垂直的直线方程是( )
A.x-2y-1=0B.x-2y+1=0
C.2x+y-2=0D.x+2y-1=0
答案 C
解析 直线x-2y-2=0的斜率是,与之垂直的直线的斜率是-2,所以要求的直线方程是y-0=-2(x-1),整理得2x+y-2=0.
(3)原点到直线x+2y-5=0的距离是________.
答案
解析 原点到直线x+2y-5=0的距离d==.
(4)已知点P(-1,1)与点Q(3,5)关于直线l对称,则直线l的方程为________.
答案 x+y-4=0
解析 线段PQ的中点坐标为(1,3),直线PQ的斜率k1=1,∴直线l的斜率k2=-1,∴直线l的方程为x+y-4=0.
题型 两条直线的位置关系
1.若三条直线y=2x,x+y=3,mx+2y+5=0相交于同一点,则m的值为________.
答案 -9
解析 由得∴点(1,2)满足方程mx+2y+5=0,即m×1+2×2+5=0,∴m=-9.
2.(2018·青岛模拟)已知两条直线l1:
ax-by+4=0和l2:
(a-1)x+y+b=0,求满足下列条件的a,b的值.
(1)l1⊥l2,且l1过点(-3,-1);
(2)l1∥l2,且坐标原点到这两条直线的距离相等.
解
(1)由已知可得l2的斜率存在,且k2=1-a.
若k2=0,则1-a=0,a=1.
∵l1⊥l2,直线l1的斜率k1必不存在,即b=0.
又∵l1过点(-3,-1),
∴-3a+4=0,即a=(矛盾),
∴此种情况不存在,
∴k2≠0,即k1,k2都存在且不为0.
∵k2=1-a,k1=,l1⊥l2,
∴k1k2=-1,即(1-a)=-1.①
又∵l1过点(-3,-1),
∴-3a+b+4=0.②
由①②联立,解得a=2,b=2.
(2)∵l2的斜率存在,l1∥l2,
∴直线l1的斜率存在,k1=k2,即=1-a,③
又∵坐标原点到这两条直线的距离相等,
且l1∥l2,∴l1,l2在y轴上的截距互为相反数,
即=b,④
联立③④,解得或
∴a=2,b=-2或a=,b=2.
条件探究 把举例说明2中两条直线方程改为“l1:
ax+2y+6=0,l2:
x+(a-1)y+a2-1=0”,分别求:
(1)当l1∥l2时a的值;
(2)当l1⊥l2时a的值.
解
(1)解法一:
当a=1时,l1:
x+2y+6=0,
l2:
x=0,l1不平行于l2;
当a=0时,l1:
y=-3,l2:
x-y-1=0,l1不平行于l2;
当a≠1且a≠0时,
两直线方程可化为l1:
y=-x-3,l2:
y=x-(a+1),由l1∥l2可得解得a=-1.
综上可知,a=-1.
解法二:
由l1∥l2知
即⇒⇒a=-1.
(2)解法一:
当a=1时,l1:
x+2y+6=0,l2:
x=0,l1与l2不垂直,故a=1不符合;
当a≠1时,l1:
y=-x-3,l2:
y=x-(a+1),
由l1⊥l2,得·=-1⇒a=.
解法二:
∵l1⊥l2,∴A1A2+B1B2=0,即a+2(a-1)=0,得a=.
1.已知两直线的斜率存在,判断两直线平行垂直的方法
(1)两直线平行⇔两直线的斜率相等且在坐标轴上的截距不等.
(2)两直线垂直⇔两直线的斜率之积等于-1.
2.由一般式确定两直线位置关系的方法
注意:
在判断两直线位置关系时,比例式与,的关系容易记住,在解答选择、填空题时,建议多用比例式来解答.
1.已知直线l1:
(m-4)x-(2m+4)y+2m-4=0与l2:
(m-1)x+(m+2)y+1=0,则“m=-2”是“l1∥l2”的( )
A.充要条件B.充分不必要条件
C.必要不充分条件D.既不充分又不必要条件
答案 B
解析 若m=-2,则l1:
-6x-8=0,l2:
-3x+1=0,
∴l1∥l2.若l1∥l2,则(m-4)(m+2)+(2m+4)(m-1)=0,且(m-4)×1≠(m-1)·(2m-4),解得m=2或m=-2.
∴“m=-2”是“l1∥l2”的充分不必要条件.故选B.
2.已知直线l1:
ax+y-6=0与l2:
x+(a-2)y+a-1=0相交于点P,若l1⊥l2,则a=________,此时点P的坐标为________.
答案 1 (3,3)
解析 若l1⊥l2,则a×1+1×(a-2)=0,解得a=1.
解方程组得所以点P的坐标为(3,3).
3.设直线mx-y-m+2=0过定点A,则过点A且与直线x+2y-1=0垂直的直线方程为________.
答案 2x-y=0
解析 ∵直线mx-y-m+2=0可化为m(x-1)-y+2=0,∴定点A的坐标为(1,2).∵直线x+2y-1=0的斜率为-,∴所求直线的斜率为2,∴所求直线的方程为y-2=2(x-1),即2x-y=0.
题型 距离问题
1.若直线l1:
x+ay+6=0与l2:
(a-2)x+3y+2a=0平行,则l1与l2之间的距离为( )
A.B.4
C.D.2
答案 C
解析 若l1∥l2,则1×3-a(a-2)=0,解得a=-1或3.
经检验a=3时,两条直线重合,舍去.
所以a=-1,此时有l1:
x-y+6=0,
l2:
-3x+3y-2=0,即x-y+=0,
所以l1与l2之间的距离d==.
2.已知点A(5,2a-1),B(a+1,a-4),若|AB|取得最小值,则实数a的值是________.
答案
解析 由题意得
|AB|=
==,
所以当a=时,|AB|取得最小值.
3.点P为x轴上一点,P点到直线3x-4y+6=0的距离为6,则P点坐标为________.
答案 (-12,0)或(8,0)
解析 设P(a,0),则有=6,
解得a=-12或a=8.
∴P点坐标为(-12,0)或(8,0).
距离问题的常见题型及解题策略
(1)求两点间的距离.关键是确定两点的坐标,然后代入公式即可,一般用来判断三角形的形状等.
(2)解决与点到直线的距离有关的问题.应熟记点到直线的距离公式,若已知点到直线的距离求直线方程,一般考虑待定斜率法,此时必须讨论斜率是否存在.
(3)求两条平行线间的距离.要先将直线方程中x,y的对应项系数转化成相等的形式,再利用距离公式求解,也可以转化成点到直线的距离问题.
1.若P,Q分别为直线3x+4y-12=0与6x+8y+5=0上任意一点,则|PQ|的最小值为( )
A.B.
C.D.
答案 C
解析 易知直线3x+4y-12=0与6x+8y+5=0平行,所以|PQ|的最小值就是这两条平行线间的距离.6x+8y+5=0可化为3x+4y+=0,这两条平行线间的距离是=.
2.已知直线l在两坐标轴上的截距相等,且点A(1,3)到直线l的距离为,则直线l的方程为________.
答案 y=-7x或y=x或x+y-2=0或x+y-6=0
解析 当直线过原点时,设直线方程为y=kx,由点A(1,3)到直线l的距离为,得=,解得k=-7或k=1,此时直线l的方程为y=-7x或y=x;当直线不过原点时,设直线方程为x+y=a,由点A(1,3)到直线l的距离为,得=,解得a=2或a=6,此时直线l的方程为x+y-2=0或x+y-6=0.综上所述,直线l的方程为y=-7x或y=x或x+y-2=0或x+y-6=0.
题型 对称问题
1.已知入射光线经过点M(-3,4),被直线l:
x-y+3=0反射,反射光线经过点N(2,6),则反射光线所在直线的方程为________.
答案 6x-y-6=0
解析 设点M(-3,4)关于直线l:
x-y+3=0的对称点为M′(a,b),则反射光线所在直线过点M′,
所以解得
又反射光线经过点N(2,6),所以所求直线的方程为=,即6x-y-6=0.
2.已知直线l:
2x-3y+1=0,点A(-1,-2).求:
(1)点A关于直线l的对称点A′的坐标;
(2)直线m:
3x-2y-6=0关于直线l的对称直线m′的方程;
(3)直线l关于点A(-1,-2)对称的直线l′的方程.
解
(1)设A′(x,y),再由已知
解得∴A′.
(2)在直线m上取一点,如M(2,0),则M(2,0)关于直线l的对称点必在m′上.
设对称点为M′(a,b),则
解得M′.
设m与l的交点为N,
则由得N(4,3).
又∵m′经过点N(4,3),
∴由两点式得直线方程为9x-46y+102=0.
(3)解法一:
在l:
2x-3y+1=0上任取两点,
如M(1,1),N(4,3),
则M,N关于点A的对称点M′,N′均在直线l′上.
易知M′(-3,-5),N′(-6,-7),由两点式可得l′的方程为2x-3y-9=0.
解法二:
设P(x,y)为l′上任意一点,则P(x,y)关于点A(-1,-2)的对称点为P′(-2-x,-4-y),
∵P′在直线l上,
∴2(-2-x)-3(-4-y)+1=0,
即2x-3y-9=0.
解法三:
∵l∥l′,∴设l′的方程为2x-3y+c=0(c≠1),
∴由点到直线的距离公式得
=,
解得c=-9或c=1(舍去),
∴l′的方程为2x-3y-9=0.
1.中心对称问题的两个类型及求解方法
(1)点关于点的对称
若点M(x1,y1)及N(x,y)关于P(a,b)对称,则由中点坐标公式得进而求解.
(2)直线关于点的对称,主要求解方法是:
①在已知直线上取两点,利用中点坐标公式求出它们关于已知点对称的两点坐标,再由两点式求出直线方程.如举例说明2(3).
②求出一个对称点,再利用两对称直线平行,由点斜式得到所求直线方程.
2.轴对称问题的两个类型及求解方法
(1)点关于直线的对称
若两点P1(x1,y1)与P2(x2,y2)关于直线l:
Ax+By+C=0对称,由方程组
可得到点P1关于l对称的点P2的坐标(x2,y2)(其中B≠0,x1≠x2).如举例说明1,举例说明2
(1).
(2)直线关于直